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          天天觀熱點:中國為什么要有自己的空間站?

          時間:2022-07-25 09:44:51    來源:科普中國網    

          2022年7月24日14時22分,中國天宮空間站首個實驗艙“問天”成功在文昌航天發射場升空,準確進入預定軌道,即將與核心艙“天和”完成交會對接任務。

          圖片來源:新華社

          七個關鍵問題,帶你了解中國航天這次“問天”發射。


          (資料圖片)

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          為什么要發射實驗艙?

          中國載人航天工程自1992年起步以來,已經走過30個年頭,擁有了獨立自主的運載火箭、載人飛船、貨運飛船、航天員和空間站等多個系統,實現了多個領域內從0到1的巨大工程能力突破。

          而新階段的目的是建立航天員能長期駐留的空間站平臺,開展較大規模的空間應用,為經濟社會發展提供先進的空間技術平臺。

          換句話說:以前種樹,現在納涼。此前奠定的載人航天工程技術能力基礎,要“變現”成各種高新航天技術來反哺各方面的科技發展了。這個過程,就需要在太空中通過復雜的空間科學實驗完成。

          空間科學實驗的場地,就是天宮所需要的實驗艙。

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          為什么是“問天”和“夢天”?

          太空擁有地球上很難復現的特殊條件,如長期穩定的失重環境和空間輻射環境等,也極少受到地球大氣和磁場等的干擾,便于天文觀測。例如,液滴可輕易形成近乎完美的球形,這是在地球上很難做到的,可利用這個特點進行新材料實驗。

          所有實驗柜都采用模塊化方式設計,方便實驗和維護

          圖片來源:中國載人航天、中國科學院)

          為充分利用太空環境的特點,我國將在天宮空間站設置25個科學實驗柜,兩大實驗艙也將進行一定分工,術業有專攻,分別專注于空間生命科學和微重力科學研究。

          通過外置的實驗平臺,進行空間輻射和空間環境相關實驗。未來的巡天太空望遠鏡,也將與空間站共軌飛行,進行天文觀測。

          “問天”和“夢天”,就是空間站兩個實驗艙的名字,它們與長征、神舟、天舟、天和、天宮等詞匯共同構建了載人航天特有的浪漫氣質。

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          為什么“問天”先發?

          核心原因在于“問天”實驗艙很特殊。它既是專注于空間生命科學的實驗艙,也是另一個“核心艙”。

          “問天”可看作是“天和”核心艙的備份,具備空間站統一管理和控制能力,帶有航天員生命維持系統。在未來兩個航天員班組輪換階段,共有6名航天員駐留天宮空間站,兩大艙段各自容納三名航天員的工作與生活。

          巨大的“問天”實驗艙(圖片來源:中國航天科技集團)

          同時,它也將接過航天員出艙行走的重任。在對接多個艙段后,“天和”核心艙的節點艙部分必須處在長期加壓狀態,很難再進行出艙行走作業,功能被“問天”的氣閘艙取代。

          此外,該實驗艙還自帶一個小型機械臂,相比已有的主機械臂雖小了一圈,卻擁有更高的末端定位和定姿態精度,更容易實現復雜的艙外作業。

          所以,多個兼職功能使得“問天”必須先發。

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          誰來發“問天”?

          “問天”是個不折不扣的巨無霸:它重達20噸級,長度17.9米,甚至比“天和”核心艙還要長出一截來。在整個人類載人航天史上,它是單一艙段長度的新紀錄。那么,發射難度可想而知。

          長征五號基本型和B型運載火箭對比圖(圖源:Memorian-QN)

          發射它的將是我國的長征五號B火箭。

          與長征五號火箭這個57米高的“大胖子”相比,它是一個約53.7米的“矮胖子”。它移除了約11.5米長的芯二級,是一個典型的“一級半(芯一級+助推器)”構型,但使用了更大更長的整流罩,用于在火箭發射期間保護航天器。新版整流罩長度達到了20.5米、直徑5.2米,足以保護巨大的天宮空間站各艙段。

          長征五號B型火箭是專注于近地軌道重型大體積載荷運輸的“大國重器”,也是天宮空間站的建設中的“頭號功臣”。

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          誰來接“問天”?

          “問天”發射后,將實現我國首次在空間站有人駐留情況下交會對接。

          目前,三名航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲已經在天宮中迎接“問天”。而他們所屬的神舟十四號任務,也是我國載人航天史上一次具有里程碑意義的任務。一方面,他們要完成天宮空間站的主體建設;另一方面,該乘組完全由新一代(第二批)航天員組成,也是歷史上首次。

          蔡旭哲,陳冬,劉洋(圖片來源:中國載人航天)

          如此重要的任務,全部由“新人”完成,可見他們已經完全扛起了中國航天的大梁。而隨著我國空間科學研究越發深入,我國的第三批航天員也在培訓中,他們之中也開始有了專門從事研究的“載荷專家”。

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          “問天”對接到哪里?

          “問天”是個20噸級的大個子,必須在飛行方向與“天和”核心艙的節點艙對接,這里擁有最全面穩妥的多種交會對接輔助系統。在此前幾天,對接于此處的天舟三號貨運飛船已功成身退,最終從天宮撤離并焚毀于大氣中。

          在確認對接后,“問天”并不能長期占用這個寶貴的對接位置。畢竟未來還會有“夢天”實驗艙、貨運和載人飛船等在此對接,它需要在機械臂輔助下進行90度的轉位,整體從“一字型”變成“L字型”,整個過程對于可靠性和穩定性的要求可想而知。

          天宮空間站的最終形態(圖片來源:中國載人航天)

          等到年內“夢天”來訪后,天宮空間站設計的“T字型”結構將建造完畢,正式落成。未來可基于節點艙,拓展新的核心艙和實驗艙,建造百噸級的更大空間站。

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          “問天”對接后要干什么?

          對接并轉位后的首要任務,是開啟生命維持系統,航天員入駐實驗艙。組裝各個科學實驗柜,開啟先期的多個學科既定實驗,確保實驗艙整體工作狀態達到預期。

          它配置了能進行生命生態、生物技術和變重力科學研究的實驗柜,可支持開展多種類植物、動物、微生物等在空間條件下的生長、發育、遺傳、衰老等響應機理研究,有力推動我國在生命生態、生物技術和變重力科學等重大前沿科技突破。

          在神舟十四號任務期間,三名航天員也將從這里進行2-3次出艙行走,完成艙外作業。新版的天宮課堂,也將在嶄新的“問天”實驗艙內進行。同時,它還要為即將到來的神舟十五號任務,提供天宮的第二間“臥室”。

          新一節天宮課堂將在嶄新的實驗艙中進行(圖片來源:CCTV)

          總體上,“問天”實驗艙的升空,標志著我國載人航天工程正式進入空間科學實驗和技術探索的新階段,一個全新的國家太空實驗室即將建成,中國在進入太空時代的路上更進一步!

          本文由科普中國出品,中國科普博覽監制,作者太空精釀

          標簽: 載人航天 空間科學 中國航天

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